[发明专利]一种改性聚合物电解质、其制备方法及其在锂电池中的应用

说明书

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，具体涉及超支化纳米粒子改性聚合物电解质、其制备方法及其在聚合物锂离子电池中的应用。

背景技术

随着世界经济的发展，人们对能源的需求越来越大，要求也越来越高，同时在全球气候变化深刻影响着人类生存和发展的背景下，以低能耗、低排放、低污染为基础的低碳发展，日益成为全球的追踪热点和世界潮流。锂离子电池是新能源发展的一个主要方向，锂离子电池不仅广泛应用于日常生活电器中例如手机、笔记本、平板电脑等，还在电动汽车、混合动力汽车中初露端倪。

1985年，人们采用多孔的碳材料取代金属锂作为锂充电电池的负极材料，初步提出了具备真正使用价值的锂离子电池（LIB）。此时的锂离子电池采用的是液态的电解液，它包括锂盐和溶剂，在使用过程中还是存在锂离子会在负极沉积形成树状晶的可能，其可能刺破隔膜，造成电池内部短路，以及电解液泄露的危险，存在潜在的安全隐患。后来Armand采用纯固态电解质代替液态的电解液，制备出了锂聚合物电解质电池（Li-SPE battery），由于这种电池在80℃才有较高的电导率，因此它仅限用于备用电源和动力电池的研究。1993年美国Bellcore 研究工作者采用先进的加工技术成功将聚合物电解质引入到液态锂离子电池体系中，制备出性能稳定的锂离子聚合物电池（LIPB）。锂离子聚合物电池具有比能量高，可以加工成任意形状等优点，满足目前小型电器越来越微型化的需要。

无机纳米粒子是指直径1～100nm之间无机粒子（如纳米二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化镁、氧化铁等），纳米粒子具有一些新异的物理化学特性，它表面积占很大比重，而表面原子既无长程序又无短程序的非晶层。可以认为纳米粒子表面原子的状态更接近气态，而粒子内部的原子可能呈有序的排列。纳米粒子具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应。超支化聚合物具有低粘度，链本身无缠绕；结晶性能差；有数量众多的反应性官能团和分子内存在空腔等结构特点。同时由于高度支化的拓扑结构，使得超支化分子在三维空间中具有近似球形结构，其尺寸一般在几纳米至几十纳米之间，也是典型的纳米材料。

超支化聚合物呈三维立体的高度支化的分子结构，具有较低的熔融粘度和较低的分子间交联，且其支状末端连有大量活性官能团，有助于进一步参加化学反应。将超支化聚合物接枝到无机纳米粒子上可以极大地减弱纳米粒子间的团聚，增加纳米粒子的溶解性并且降低粘度，可制备出兼具纳米粒子与超支化聚合物优点的化合物，满足工业日益发展的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种改性聚合物电解质。 

本发明的另一个目的是提供上述改性聚合物电解质的制备方法。

本发明的另一个目的是提供上述改性聚合物电解质在聚合物锂离子电池中的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种改性聚合物电解质，所述改性聚合物电解质包括全固态聚合物电解质或凝胶态聚合物电解质；

其中，所述全固态聚合物电解质的制备方法为将超支化单体、无机纳米粒子、聚合物基体和锂盐一起反应；

所述凝胶态聚合物电解质的制备方法为将超支化单体、无机纳米粒子与聚合物基体一起反应，经模具成膜、真空干燥后浸渍电解液/离子液体和锂盐制备所得。

优选地，所述超支化单体、无机纳米粒子、聚合物基体和锂盐一起反应的具体步骤为：先将无机纳米粒子和超支化单体生成超支化改性无机纳米粒子。

优选地，所述无机纳米粒子还包括前处理步骤，所述的前处理步骤为将无机纳米粒子用偶联剂进行处理。

优选地，所述无机纳米粒子的直径为50～200nm。

优选地，所述无机纳米粒子为纳米二氧化硅，二氧化钛，氧化铝，氧化铁，氧化镁，偏铝酸锂，层状双氢氧化物中的一种或几种。

优选地，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基亚甲基-3，5，5-三甲基环己基异氰酸酯中的一种或几种。